Технология литейной формы

Площадь сечения реакционной камеры рассчитывается по уравнению

Fð.ê = tmôf , м2,

где t − время заливки формы, с;

f − фактор растворения дробленого модификатора, кг/(с·м2). Для модификатора ФСМг5 f =525 (химический состав моди-

фикатора, %: Mg – 4,5…6,5; Si – 45…55; РЗМ 0,2…1,0; Al − до 0,2; Fe − остальное).

Высота слоя модификатора определяется по формуле

hÌÄÔ = VÌÄÔ , м.

Fð.ê

Общая высота реакционной камеры

hð.ê = hÌÄÔ +hâõ.ð.ê +hòåõ , м,

где hâõ.ð.ê − высота входа в реакционную камеру;

hòåõ − технологическая высота, принимаемая 10–20 мм.

Величину hâõ.ð.ê определяем по вычисленной ранее (6.2) Fвх.р.к − площади сечения входа в реакционную камеру:

hâõ.ð.ê = Fâõ.ð.ê , м,

bâõ.ð.ê

где bâõ.ð.ê =8Fð.ê − ширина входа в реакционную камеру, м. Объем реакционной камеры, м3

Vð.ê = Fð.ê hð.ê .

Масса металла в реакционной камере (после заливки)

mð.ê =Vð.ê ρæ.ì , кг,

где ρж.м − плотность жидкого металла, кг/м3.

32

6.2.2. Определение размеров центробежного шлакоуловителя

Площадь сечения центробежного шлакоуловителя (рис. 6.7) определяется по уравнению

Fцб.ш = 6Fвх.цб.ш.

Площадь входа в центробежный шлакоуловитель определена по уравнению (6.2).

Рис. 6.7. Эскиз центробежного шлакоуловителя:

dцб.ш, H − соответственно диаметр и высота шлакоуловителя

mцб.ш = Vцб.ш ∙ ρм.ж.

где Vцб.ш − объем центробежного шлакоуловителя; mцб.ш − масса центробежного шлакоуловителя; ρм.ж − плотность жидкого металла.

33

6.2.3. Определение размеров питателей и литниковых ходов

Размеры питателя при расчете зависят от того, куда он будет присоединен. В случае присоединения его к прибыли рассчитывает-

ся по схеме (рис. 6.8): ΣFпит = ΣFвых.цб.ш, т. е. рассчитывается площадь сечения литникового хода 7 (рис. 6.6).

Рис. 6.8. Схема к определению размеров питателя

При известной площади сечения питателя его размеры можно вычислить из соотношений:

a =0,97∑Fïèò ; b =0,679∑Fïèò ; h =1,2125∑Fïèò .

При присоединении питателя непосредственно к отливке его минимальная высота рассчитывается по эмпирическому уравнению

hmin = 3,5 − 0,01[Tзал.min − (1670 − 124Cэкв) − 100],

где hmin − минимально возможная высота питателя, мм;

Tзал.min − минимальная температура заливки (по технологической карте), К;

Cэкв − углеродный эквивалент.

Высота литникового хода, подводящего металл к питателям и являющегося линейным шлакоуловителем, определяется из условия

hл.х ≥ 5hпит.

Размеры прибылей (поз. 8, на рис. 6.6) для питания отливок, рассчитываются по отдельной методике.

34

6.3. Расчет литниковых систем и прибылей для отливок из стали

При разработке технологии для стальных отливок вместо понятия «литниковая система» целесообразнее использовать понятие «литниково-питающая система». Это обусловлено тем, что одновременно с определением поверхности разъема и положения отливки в форме необходимо решать вопросы, связанные с питанием тепловых узлов для устранения возможности образования усадочной пористости.

К литниковым системам для стальных отливок предъявляют следующие требования [8]:

−длина литников должна быть минимальной, чтобы обеспечить лучшее заполнение формы;

−металл следует подводить в места отливки, нагрев которых способствует последовательному затвердеванию и питанию отливки;

−при заливке формы литники должны быть заполнены метал-

лом, чтобы исключать инжекцию воздуха и газов из формы и ра с- творения их в металле;

− при затвердевании литники не должны тормозить усадку отливки.

Для мелких и средних невысоких отливок используют подвод металла по разъему или сверху, для массивных отливок − снизу сифоном. Литниковые системы для стали отличаются коротким массивным литниковым ходом, отсутствием шлакоуловителей, установкой прибылей для питания усадки отливки. На литниковую систему с прибылями расходуется 25–50 % общей массы жидкой стали.

Суммарную площадь сечения питателей рекомендуется определять по формуле (6.1). Время t заполнения формы жидким металлом следует находить по формуле

t = S3δG ,

где S − коэффициент времени;

δ − средняя толщина стенок, мм;

G − масса отливки с литниковыми прибылями, кг.

35

Коэффициент S зависит от толщины стенки, массы, конфигурации отливки и материала формы. Для отливки массой 500–1000 кг в формах из жидкостекольных смесей коэффициент S имеет следующие значения:

Для отливок, склонных к образованию внутренних напряжений, трещин и усадочных раковин, коэффициент S желательно увели-

чить на 0,1–0,2.

Найденное время рекомендуется проверять соотношением u = Hотл / t,

где u − скорость подъема расплава в форме, м/с; Hотл − высота отливки.

При толщине стенок 7–10 мм скорость подъема u должна быть не менее 0,02 м/с; при δ = 10–40 мм u ≥ 0,01 м/с; при δ ≥ 40 мм u ≥ 0,008 м/с. Если полученное значение скорости окажется недостаточным, то нужно уменьшить время заливки или же изменить положение отливки в форме.

По Г.М. Дубицкому [8] соотношение сечений элементов литниковой системы должно быть для отливок:

− мелких Fп : Fл.х : Fст = 1,0 : (1,05 ÷ 1,2) : (1,1 ÷ 1,2);

− средних Fп : Fл.х : Fст = (1 ÷ 1,5) : 1,0 : (1,05 ÷ 1,2); − крупных Fп : Fл.х : Fст = (1,0 ÷ 2,0) : (1,0 ÷ 2,0) : 1,0,

где Fл.х − поперечное сечение литникового хода.

Согласно ГОСТ 3.1125–88 прибыль обозначают порядковым номером на полке линии-выноски, перед которым ставят слово «Прибыль».

Прибыли ставят на самые массивные части отливки. Прямые открытые прибыли, помимо своего основного назначения − питания отливки – служат как бы резервуаром для всплывания неметаллических включений (засоров). Отводные прибыли используют для питания узла отливки в тех случаях, когда нельзя поставить прямую прибыль без изменения конфигурации отливки. Для облегчения отделения прибылей применяют специальные тонкие керамические

36

пластинки, которые быстро прогреваясь, не охлаждают перешеек между отливкой и прибылью и не препятствуют перетеканию металла из прибыли в отливку, но создают своеобразный надрез, позволяющий легко отделять прибыль от отливки.

Расчет и построение прибылей основаны на принципах, сформулированных В.Е. Грум-Гржимайло [8]:

−прибыль должна затвердевать позже питаемого ею узла отливки;

−объем Vпр должен быть достаточным для питания усадки теплового узла отливки;

−высота прибыли Hпр должна быть достаточной для размещения

вприбыли усадочной раковины.

При проектировании технологии питания отливки необходимо определить места установки прибылей, их размеры и число. Тепловые узлы в отливке определяют методом вписанных окружностей. Размеры и количество прибылей для питания теплового узла определяют на основании обобщения практических данных. Й. Пржибыл [8] установил, что объем Vр усадочной раковины составляет 1/10 объема Vпр прибыли для открытых прибылей и 1/8 Vпр − для закрытых. Объем прибыли находим по формуле

Vпр = [β/(α − β)] Vотл,

где β − коэффициент объемной усадки металла; β ≈3εл − линейная усадка металла;

α − 1/8 или 1/10, в зависимости от типа прибыли; Vотл − объем питаемого узла отливки.

Площадь основания прибыли (Fо.пр), примыкающего к питаемому узлу отливки, рекомендуется принимать более площади (Fотл) сечения питаемого узла отливки в месте установки прибыли:

Fо.пр = (1,2…1,3)Fотл.

Зная объем Vпр и площадь основания Fо.пр определяем ее высоту

Hпр = Vпр / Fо.пр.

Более точно объем прибыли можно рассчитать, если воспользоваться коэффициентом прибыли Kп. Он определяется эксперимен-

37

тально и равен отношению объема прибыли Vпр к объему усадочной раковины Vу.р:

Kп = Vпр / Fо.пр.

Вэтом случае объем прибыли определяется по формуле

Данные для вычислений с помощью приведенной формулы приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2 Значения суммарной усадки β и коэффициента прибыли Kп

для различных сплавов и прибылей [1]

6.4. Особенности расчета литниковых систем для отливок, склонных к пленообразованию

Алюминиевые, магниевые, некоторые медные сплавы, а также легированные стали склонны к образованию плен, окислению и вспениванию. С целью обеспечения минимально допустимой тур-

38

булентности потока при течении металла по каналам литниковой системы и в полости формы и предотвращения образования названных явлений используют расширяющиеся литниковые системы. При этом скорость потока металла в стояке (узком сечении) не должна превышать максимально допустимую, значение которой для стояка разных диаметров и отливок из алюминиевых сплавов приведены в табл. 6.3.

Таблица 6.3 Максимальные допустимые скорости потока в стояках,

рекомендованные для высот и масс отливок из Al-сплавов

H0′ , m0′ – соответственно высота и масса отливки с прибылями.

Последовательность расчета литниковых систем для отливок из алюминиевых сплавов может быть принята следующей [1]:

1) определяют суммарную площадь ∑Fñò сечения стояка (узко-

го сечения) по уравнению (6.1). При этом продолжительность заливки τзал.ф вычисляют по эмпирическому уравнению

τçàë.ô = 4,5mô0,38;

2) определяют скорость νст потока металла в стояке по уравнению

39